Der wichtigste Energiespeicher in einer lebenden Zelle. Biologietest zum Thema „Molekulare Ebene“ (Klasse 9). Energiespeicher im Körper

Durch die Energie des Lichts werden in photosynthetischen Zellen ATP und einige andere Moleküle gebildet, die die Rolle einer Art Energiespeicher spielen. Ein durch Licht angeregtes Elektron setzt Energie zur Phosphorylierung von ADP frei, was zur Bildung von ATP führt. Der Energiespeicher ist neben ATP eine komplexe organische Verbindung – Nicotinamidadenindinukleotidphosphat, abgekürzt NADP + (wie seine oxidierte Form bezeichnet wird). Diese Verbindung fängt durch Licht angeregte Elektronen und ein Wasserstoffion (Proton) ein und wird dadurch zu NADPH reduziert. (Diese Abkürzungen: NADP+ und NADP-H – werden jeweils als NADEF und NADEP-AS gelesen, der letzte Buchstabe ist hier das Symbol des Wasserstoffatoms.) In Abb. Abbildung 35 zeigt einen Nikotinamidring, der ein energiereiches Wasserstoffatom und Elektronen trägt. Durch die Energie von ATP und unter Beteiligung von NADPH wird Kohlendioxid zu Glukose reduziert. Alle diese komplexen Prozesse laufen in Pflanzenzellen in spezialisierten Zellorganellen ab

ATP ist die universelle Energie-„Währung“ der Zelle. Eine der erstaunlichsten „Erfindungen“ der Natur sind die Moleküle sogenannter „makroerger“ Substanzen, in deren chemischer Struktur eine oder mehrere Bindungen vorhanden sind, die als Energiespeicher dienen. In der Natur wurden mehrere ähnliche Moleküle gefunden, aber nur eines davon kommt im menschlichen Körper vor – Adenosintriphosphorsäure (ATP). Dabei handelt es sich um ein recht komplexes organisches Molekül, an das 3 negativ geladene anorganische Phosphorsäurereste PO gebunden sind. Es sind diese Phosphorreste, die durch „makroerge“ Bindungen mit dem organischen Teil des Moleküls verbunden sind und bei verschiedenen intrazellulären Reaktionen leicht zerstört werden. Die Energie dieser Bindungen wird jedoch nicht in Form von Wärme im Raum abgegeben, sondern für die Bewegung oder chemische Wechselwirkung anderer Moleküle genutzt. Dank dieser Eigenschaft erfüllt ATP in der Zelle die Funktion eines universellen Energiespeichers (Akkumulators) sowie einer universellen „Währung“. Schließlich wird bei fast jeder chemischen Umwandlung, die in einer Zelle stattfindet, Energie entweder absorbiert oder freigesetzt. Nach dem Energieerhaltungssatz entspricht die Gesamtenergiemenge, die durch oxidative Reaktionen erzeugt und in Form von ATP gespeichert wird, der Energiemenge, die die Zelle für ihre Syntheseprozesse und die Ausführung etwaiger Funktionen verwenden kann . Als „Bezahlung“ für die Möglichkeit, diese oder jene Aktion auszuführen, ist die Zelle gezwungen, ihren ATP-Vorrat zu verbrauchen. Besonders hervorzuheben ist: Das ATP-Molekül ist so groß, dass es die Zellmembran nicht passieren kann. Daher kann das in einer Zelle produzierte ATP nicht von einer anderen Zelle genutzt werden. Jede Zelle des Körpers ist gezwungen, ATP für ihren Bedarf selbstständig in den Mengen zu synthetisieren, die zur Erfüllung ihrer Funktionen erforderlich sind.

Drei Quellen der ATP-Resynthese in menschlichen Zellen. Anscheinend existierten die entfernten Vorfahren der Zellen des menschlichen Körpers vor vielen Millionen Jahren umgeben von Pflanzenzellen, die sie reichlich mit Kohlenhydraten versorgten, während es wenig oder keinen Sauerstoff gab. Kohlenhydrate sind der am häufigsten verwendete Nährstoffbestandteil für die Energieproduktion im Körper. Und obwohl die meisten Zellen des menschlichen Körpers die Fähigkeit erworben haben, Proteine ​​und Fette als Energierohstoffe zu nutzen, sind einige (z. B. Nerven-, rote Blut- und männliche Fortpflanzungszellen) in der Lage, Energie nur durch die Oxidation von Kohlenhydraten zu erzeugen.

Die Prozesse der primären Oxidation von Kohlenhydraten – oder besser gesagt von Glukose, die tatsächlich das Hauptoxidationssubstrat in Zellen ist – finden direkt im Zytoplasma statt: Dort befinden sich Enzymkomplexe, dank derer das Glukosemolekül teilweise vorhanden ist zerstört und die freigesetzte Energie wird in Form von ATP gespeichert. Dieser Vorgang wird Glykolyse genannt und kann ausnahmslos in allen Zellen des menschlichen Körpers ablaufen. Als Ergebnis dieser Reaktion werden aus einem Glukosemolekül mit 6 Kohlenstoffatomen zwei Moleküle Brenztraubensäure mit 3 Kohlenstoffatomen und zwei Moleküle ATP gebildet.

Die Glykolyse ist ein sehr schneller, aber relativ ineffektiver Prozess. Brenztraubensäure, die nach Abschluss der Glykolysereaktionen in der Zelle gebildet wird, wandelt sich fast sofort in Milchsäure um und wird manchmal (z. B. bei schwerer Muskelarbeit) in sehr großen Mengen ins Blut freigesetzt, da es sich um ein kleines Molekül handelt, das sich frei bewegen kann passieren die Zellmembran. Eine solch massive Freisetzung saurer Stoffwechselprodukte ins Blut stört die Homöostase und der Körper muss spezielle homöostatische Mechanismen aktivieren, um mit den Folgen von Muskelarbeit oder anderen aktiven Aktionen fertig zu werden.

Die bei der Glykolyse entstehende Brenztraubensäure enthält noch viel potenzielle chemische Energie und kann als Substrat für die weitere Oxidation dienen, hierfür sind jedoch spezielle Enzyme und Sauerstoff erforderlich. Dieser Prozess findet in vielen Zellen statt, die spezielle Organellen – Mitochondrien – enthalten. Die innere Oberfläche mitochondrialer Membranen besteht aus großen Lipid- und Proteinmolekülen, darunter eine große Anzahl oxidativer Enzyme. Im Zytoplasma gebildete Drei-Kohlenstoff-Moleküle dringen in die Mitochondrien ein – normalerweise Essigsäure (Acetat). Dort sind sie in einen kontinuierlich ablaufenden Reaktionskreislauf eingebunden, bei dem aus diesen organischen Molekülen abwechselnd Kohlenstoff- und Wasserstoffatome abgespalten werden, die sich mit Sauerstoff in Kohlendioxid und Wasser umwandeln. Bei diesen Reaktionen wird eine große Menge Energie freigesetzt, die in Form von ATP gespeichert wird. Jedes Molekül Brenztraubensäure, das in den Mitochondrien einen vollständigen Oxidationszyklus durchlaufen hat, ermöglicht es der Zelle, 17 Moleküle ATP zu erhalten. Somit versorgt die vollständige Oxidation eines Glukosemoleküls die Zelle mit 2+17x2 = 36 ATP-Molekülen. Ebenso wichtig ist, dass in den Prozess der mitochondrialen Oxidation auch Fettsäuren und Aminosäuren, also Bestandteile von Fetten und Proteinen, einbezogen werden können. Dank dieser Fähigkeit machen Mitochondrien die Zelle relativ unabhängig davon, welche Nahrung der Körper zu sich nimmt: In jedem Fall wird die benötigte Energiemenge produziert.

Ein Teil der Energie wird in der Zelle in Form eines kleineren und beweglicheren Moleküls, Kreatinphosphat (CrP), als ATP gespeichert. Es ist dieses kleine Molekül, das sich schnell von einem Ende der Zelle zum anderen bewegen kann – dorthin, wo Energie gerade am meisten benötigt wird. KrF selbst kann die Prozesse der Synthese, Muskelkontraktion oder Weiterleitung eines Nervenimpulses nicht mit Energie versorgen: Dafür ist ATP erforderlich. Andererseits ist KrP leicht und praktisch ohne Verluste in der Lage, die gesamte darin enthaltene Energie an das Adenazin-Diphosphat-Molekül (ADP) abzugeben, das sich sofort in ATP umwandelt und für weitere biochemische Umwandlungen bereit ist.

Somit ist die Energie, die während der Funktion der Zelle aufgewendet wird, d.h. ATP kann durch drei Hauptprozesse erneuert werden: anaerobe (sauerstofffreie) Glykolyse, aerobe (unter Beteiligung von Sauerstoff) mitochondriale Oxidation sowie durch die Übertragung der Phosphatgruppe von CrP auf ADP.

Die Kreatinphosphatquelle ist die leistungsstärkste Quelle, da die Reaktion von Kreatinphosphat mit ADP sehr schnell erfolgt. Allerdings ist die CrF-Reserve in der Zelle meist gering – beispielsweise können Muskeln aufgrund von CrF nicht länger als 6-7 s mit maximaler Anstrengung arbeiten. Dies reicht normalerweise aus, um die zweitstärkste – glykolytische – Energiequelle auszulösen. In diesem Fall ist die Nährstoffressource um ein Vielfaches größer, aber mit fortschreitender Arbeit wird die Homöostase durch die Bildung von Milchsäure immer stärker beansprucht und wenn diese Arbeit von großen Muskeln ausgeführt wird, kann sie nicht länger als 1,5 bis 2 Minuten dauern. Doch in dieser Zeit sind die Mitochondrien fast vollständig aktiviert, die nicht nur Glukose, sondern auch Fettsäuren verbrennen können, deren Vorrat im Körper nahezu unerschöpflich ist. Daher kann eine aerobe mitochondriale Quelle sehr lange wirken, obwohl ihre Leistung relativ gering ist – 2-3 Mal weniger als die einer glykolytischen Quelle und 5 Mal weniger als die Leistung einer Kreatinphosphatquelle.

Merkmale der Organisation der Energieproduktion in verschiedenen Geweben des Körpers. Verschiedene Gewebe haben unterschiedliche Mengen an Mitochondrien. Sie kommen am wenigsten in Knochen und weißem Fett vor, am meisten jedoch in braunem Fett, Leber und Nieren. In Nervenzellen gibt es eine ganze Reihe von Mitochondrien. Muskeln haben keine hohe Konzentration an Mitochondrien, aber aufgrund der Tatsache, dass die Skelettmuskulatur das massereichste Gewebe des Körpers ist (etwa 40 % des Körpergewichts eines Erwachsenen), sind es die Bedürfnisse der Muskelzellen, die die Intensität und Intensität weitgehend bestimmen Richtung aller Energiestoffwechselprozesse. I.A. Arshavsky nannte dies die „Energieregel der Skelettmuskulatur“.

Mit zunehmendem Alter verändern sich gleich zwei wichtige Komponenten des Energiestoffwechsels: Das Verhältnis der Gewebemassen mit unterschiedlichen Stoffwechselaktivitäten verändert sich sowie der Gehalt der wichtigsten oxidativen Enzyme in diesen Geweben. Dadurch unterliegt der Energiestoffwechsel recht komplexen Veränderungen, im Allgemeinen nimmt seine Intensität jedoch mit zunehmendem Alter deutlich ab.

Das moderne Verständnis des Prozesses der oxidativen Phosphorylierung geht auf die Pionierarbeiten von Belitzer und Kalkar zurück. Kalkar stellte fest, dass die aerobe Phosphorylierung mit der Atmung zusammenhängt. Belitser untersuchte im Detail die stöchiometrische Beziehung zwischen der Bindung von konjugiertem Phosphat und der Sauerstoffaufnahme und zeigte, dass das Verhältnis der Anzahl der Moleküle anorganischen Phosphats zur Anzahl der Atome des absorbierten Sauerstoffs ist

wenn die Atmung mindestens zwei beträgt. Er wies außerdem darauf hin, dass die Übertragung von Elektronen vom Substrat auf Sauerstoff eine mögliche Energiequelle für die Bildung von zwei oder mehr ATP-Molekülen pro absorbiertem Sauerstoffatom sei.

Der Elektronendonor ist das NADH-Molekül und die Phosphorylierungsreaktion hat die Form

Kurz gesagt wird diese Reaktion geschrieben als

Die Synthese von drei ATP-Molekülen in Reaktion (15.11) erfolgt aufgrund der Übertragung von zwei Elektronen des NADH-Moleküls entlang der Elektronentransportkette auf das Sauerstoffmolekül. In diesem Fall nimmt die Energie jedes Elektrons um 1,14 eV ab.

In einer aquatischen Umgebung kommt es unter Beteiligung spezieller Enzyme zur Hydrolyse von ATP-Molekülen

Die Strukturformeln der an den Reaktionen (15.12) und (15.13) beteiligten Moleküle sind in Abb. dargestellt. 31.

Unter physiologischen Bedingungen befinden sich die an den Reaktionen (15.12) und (15.13) beteiligten Moleküle in unterschiedlichen Ionisationsstadien (ATP, ). Daher sollten die chemischen Symbole in diesen Formeln als herkömmliche Darstellung von Reaktionen zwischen Molekülen in verschiedenen Ionisationsstadien verstanden werden. Dabei ist der Anstieg der freien Energie AG in Reaktion (15.12) bzw. deren Abfall in Reaktion (15.13) von der Temperatur, der Ionenkonzentration und dem pH-Wert des Mediums abhängig. Unter Standardbedingungen eV kcal/mol). Wenn wir entsprechende Korrekturen unter Berücksichtigung der physiologischen Werte des pH-Werts und der Ionenkonzentration in Zellen sowie der üblichen Werte der Konzentrationen von ATP- und ADP-Molekülen und anorganischem Phosphat im Zytoplasma von Zellen vornehmen, dann ist das kostenlos Energie der Hydrolyse von ATP-Molekülen erhalten wir einen Wert von -0,54 eV (-12,5 kcal/mol). Die freie Energie der Hydrolyse von ATP-Molekülen ist kein konstanter Wert. Es kann sein, dass es selbst an verschiedenen Stellen derselben Zelle nicht dasselbe ist, wenn diese Stellen unterschiedliche Konzentrationen aufweisen

Seit der bahnbrechenden Arbeit von Lipman (1941) ist bekannt, dass ATP-Moleküle in der Zelle als universeller Kurzzeitspeicher und Träger chemischer Energie fungieren, die in den meisten Lebensprozessen verwendet wird.

Die Energiefreisetzung bei der Hydrolyse eines ATP-Moleküls geht mit der Umwandlung von Molekülen einher

In diesem Fall führt die Spaltung der mit dem Symbol gekennzeichneten Bindung zur Abspaltung eines Phosphorsäurerestes. Auf Lipmans Vorschlag hin wurde eine solche Bindung „energiereiche Phosphatbindung“ oder „makroerge Bindung“ genannt. Dieser Name ist äußerst unglücklich. Es spiegelt überhaupt nicht die Energie der bei der Hydrolyse ablaufenden Prozesse wider. Die Freisetzung freier Energie erfolgt nicht durch den Bruch einer Bindung (ein solcher Bruch erfordert immer Energieaufwand), sondern durch die Umlagerung aller an den Reaktionen beteiligten Moleküle, die Bildung neuer Bindungen und die Neuordnung der Solvathüllen während der Reaktion .

Beim Auflösen eines NaCl-Moleküls in Wasser entstehen hydratisierte Ionen. Der Energiegewinn bei der Hydratation deckt den Energieaufwand beim Aufbrechen der Bindung im NaCl-Molekül ab. Es wäre seltsam, diesen Energiegewinn der „hochergen Bindung“ im NaCl-Molekül zuzuschreiben.

Bekanntlich wird bei der Spaltung schwerer Atomkerne große Energie freigesetzt, die nicht mit dem Aufbrechen irgendwelcher hochenergetischer Bindungen verbunden ist, sondern auf die Neuordnung der Spaltfragmente und eine Abnahme der Energie der Coulop-Abstoßung zwischen ihnen zurückzuführen ist Nukleonen in jedem Fragment.

An der Idee der „makroergen Verbindungen“ wurde mehr als einmal berechtigte Kritik geäußert. Dennoch hat sich diese Idee in der wissenschaftlichen Literatur weit verbreitet. Groß

Tabelle 8

Strukturformeln phosphorylierter Verbindungen: a - Phosphoenolyruvat; b – 1,3-Diphosphoglycerat; c – Kreatinphosphat; - Glucose-I-phosphat; - Glucose-6-phosphat.

Dies schadet nicht, wenn der Ausdruck „hochenergetische Phosphatbindung“ konventionell verwendet wird, als kurze Beschreibung des gesamten Transformationszyklus, der in einer wässrigen Lösung in der entsprechenden Anwesenheit anderer Ionen, des pH-Werts usw. abläuft.

Das von Biochemikern verwendete Konzept der Phosphatbindungsenergie charakterisiert daher üblicherweise den Unterschied zwischen der freien Energie der Ausgangsstoffe und der freien Energie der Produkte von Hydrolysereaktionen, bei denen Phosphatgruppen abgespalten werden. Dieses Konzept sollte nicht mit dem Konzept der chemischen Bindungsenergie zwischen zwei Atomgruppen in einem freien Molekül verwechselt werden. Letzterer charakterisiert die Energie, die zum Lösen der Verbindung benötigt wird.

Zellen enthalten eine Reihe phosphorylierter Verbindungen, deren Hydrolyse im Zytoplasma mit der Freisetzung freier Anergie verbunden ist. Die standardmäßigen freien Hydrolyseenergien einiger dieser Verbindungen sind in der Tabelle angegeben. 8. Die Strukturformeln dieser Verbindungen sind in Abb. dargestellt. 31 und 35.

Große negative Werte der standardmäßigen freien Anergien der Hydrolyse sind auf die Hydratationsenergie negativ geladener Hydrolyseprodukte und die Neuordnung ihrer elektronischen Hüllen zurückzuführen. Vom Tisch 8 Daraus folgt, dass der Wert der standardmäßigen freien Hydrolyseenergie eines ATP-Moleküls eine Zwischenposition zwischen „hochenergetischen“ (Phosphoenolpyrunat) und „niederenergetischen“ (Glucose-6-phosphat) Verbindungen einnimmt. Dies ist einer der Gründe, warum das ATP-Molekül ein praktischer universeller Träger von Phosphatgruppen ist.

Mit Hilfe spezieller Enzyme kommunizieren ATP- und ADP-Moleküle zwischen Hoch- und Niederenergie

Phosphatverbindungen. Beispielsweise überträgt das Enzym Pyruvatkinase Phosphat von Phosphoenolpyruvat auf ADP. Durch die Reaktion entstehen Pyruvat und ein ATP-Molekül. Dann kann das ATP-Molekül mit Hilfe des Enzyms Hexokinase die Phosphatgruppe auf D-Glucose übertragen und diese in Glucose-6-phosphat umwandeln. Das Gesamtprodukt dieser beiden Reaktionen reduziert sich auf die Transformation

Es ist sehr wichtig, dass Reaktionen dieser Art nur über eine Zwischenstufe ablaufen können, an der notwendigerweise ATP- und ADP-Moleküle beteiligt sind.

Prüfen. Molekulare Ebene. Option 1. 9.Klasse.

A1.Welches chemische Element ist in den Zellen in der größten Menge enthalten:
1.Stickstoff
2.Sauerstoff
3. Kohlenstoff
4.Wasserstoff
A2. Nennen Sie das chemische Element, das Teil von ATP, allen Monomeren von Proteinen und Nukleinsäuren ist.
1)N 2)P 3)S 4)Fe
A3. Geben Sie eine chemische Verbindung an, die KEIN Kohlenhydrat ist.
1) Laktose 2) Chitin 3) Keratin 4) Stärke
A4. Wie heißt die Proteinstruktur, bei der es sich um eine Spirale aus einer Kette von Aminosäuren handelt, die im Raum zu einer Kugel zusammengerollt ist?

A5. In tierischen Zellen sind Speicherkohlenhydrate:
1.Stärke
2. Zellulose
3.Glukose
4. Glykogen
A6. Die Hauptenergiequelle für neugeborene Säugetiere ist:
1.Glukose
2.Stärke
3. Glykogen
4. Laktose
A7.Was ist ein RNA-Monomer?
1) Stickstoffbase 2) Nukleotid 3) Ribose 4) Uracil
A8. Wie viele Arten stickstoffhaltiger Basen sind im RNA-Molekül enthalten?
1)5 2)2 3)3 4)4
A9.Welche stickstoffhaltige DNA-Base ist komplementär zu Cytosin?
1) Adenin 2) Guanin 3) Uracil 4) Thymin
A10. Moleküle sind der universelle biologische Energiespeicher
1).Proteine ​​2).Lipide 3).DNA 4).ATP
A11. In einem DNA-Molekül beträgt die Anzahl der Nukleotide mit Guanin 5 % der Gesamtzahl. Wie viele Nukleotide, die Thymin enthalten, enthält dieses Molekül?
1).40% 2).45% 3).90% 4).95%
A12.Welche Rolle spielen ATP-Moleküle in der Zelle?

1 – eine Transportfunktion bereitstellen 2 – Erbinformationen übertragen

3-lebenswichtige Prozesse mit Energie versorgen 4-biochemisch beschleunigen

Reaktionen

IN 1. Welche Funktionen erfüllen Kohlenhydrate in einer Zelle?

Katalytisch 4) strukturell

Energie 5) Speicherung

Motor 6) kontraktil

UM 2. Welche Strukturkomponenten sind in den Nukleotiden eines DNA-Moleküls enthalten?

Verschiedene Säuren

Lipoproteine

Desoxyribose-Kohlenhydrat

Salpetersäure

Phosphorsäure

UM 3. Stellen Sie eine Entsprechung zwischen der Struktur und Funktion organischer Materie und ihrer Art her:

STRUKTUR UND FUNKTION DES STOFFES

A. bestehen aus Resten von Glycerinmolekülen und Fettsäuren 1. Lipiden

B. bestehen aus Resten von Aminosäuremolekülen 2. Proteinen

B. Beteiligen Sie sich an der Thermoregulierung

D. Den Körper vor Fremdstoffen schützen

D. entstehen durch Peptidbindungen.

E. Sie sind am energieintensivsten.

C1. Das Problem lösen.

Ein DNA-Molekül mit Adenin (A) enthält 1250 Nukleotide, was 20 % ihrer Gesamtzahl ausmacht. Bestimmen Sie, wie viele Nukleotide mit Thymin (T), Cytosin (C) und Guanin (G) einzeln in einem DNA-Molekül enthalten sind. Erkläre deine Antwort.

Gesamt: 21 Punkte

Evaluationskriterien:

19 -21 Punkte – „5“

13 – 18 Punkte – „4“

9 – 12 Punkte – „3“

1 – 8 Punkte – „2“

Prüfen. Molekulare Ebene. Option 2. 9.Klasse

A1. Vier chemische Elemente machen 98 % des Gesamtinhalts der Zelle aus. Geben Sie ein chemisches Element an, das NICHT dazu gehört.
1)O 2)P 3)C 4)N

A2. Kinder entwickeln Rachitis mit einem Mangel an:
1. Mangan und Eisen
2.Kalzium und Phosphor
3.Kupfer und Zink
4. Schwefel und Stickstoff
A3. Benennen Sie das Disaccharid.
1) Laktose, 2) Fruktose, 3) Stärke, 4) Glykogen
A4. Wie heißt die Proteinstruktur, bei der es sich um eine Spirale handelt, die zu einer Kette von Aminosäuren gefaltet ist?
1) primär 2) sekundär 3) tertiär 4) quartär
A5. In Pflanzenzellen sind Reservekohlenhydrate:
1.Stärke
2. Zellulose
3.Glukose
4. Glykogen
A6. Bei der Zersetzung von 1 Gramm wird die größte Energiemenge freigesetzt:
1.fett
2. Eichhörnchen
3.Glukose
4.Kohlenhydrate
A7.Was ist ein DNA-Monomer?
1) Stickstoffbase 2) Nukleotid 3) Desoxyribose 4) Uracil
A8. Wie viele Polynukleotidstränge sind in einem DNA-Molekül enthalten?
1)1 2)2 3)3 4)4
A9. Nennen Sie eine chemische Verbindung, die in der RNA, aber nicht in der DNA vorkommt.
1) Thymin 2) Desoxymyribose 3) Ribose 4) Guanin
A10. Moleküle sind die Quelle der Zellenergie
1).Proteine ​​2).Lipide 3).DNA 4).ATP

A11. In einem DNA-Molekül beträgt die Anzahl der Nukleotide mit Cytosin 5 % der Gesamtzahl. Wie viele Nukleotide mit Thymin sind in diesem Molekül enthalten?
1).40% 2).45% 3).90% 4).95%

A12.Welche Verbindungen sind in ATP enthalten?

1-Stickstoffbase Adenin, Kohlenhydrat Ribose, 3 Moleküle Phosphorsäure

2-Stickstoffbasis Guanin, Zucker Fruktose, Phosphorsäurerest.

3-Ribose, Glycerin und jede Aminosäure

Teil B (wählen Sie drei richtige Antworten aus den sechs vorgeschlagenen)

IN 1. Lipide erfüllen folgende Funktionen:

Enzymatischer 4) Transport

Energie 5) Speicherung

Hormonelle 6) Übertragung von Erbinformationen

UM 2. Aus welchen Strukturbestandteilen bestehen die Nukleotide eines RNA-Moleküls?

Stickstoffbasen: A, U, G, C.

Verschiedene Säuren

Stickstoffbasen: A, T, G, C.

Ribose-Kohlenhydrat

Salpetersäure

Phosphorsäure

UM 3. Stellen Sie eine Entsprechung zwischen den Merkmalen und den Molekülen her, für die sie charakteristisch sind.

EIGENSCHAFTEN DES MOLEKÜLS

A) sind in Wasser gut lösliche 1) Monosaccharide

B) haben einen süßen Geschmack 2) Polysaccharide

C) kein süßer Geschmack

D) Glucose, Ribose, Fructose

D) unlöslich in Wasser

E) Stärke, Glykogen, Chitin.

C1. Ein DNA-Molekül mit Cytosin (C) enthält 1100 Nukleotide, was 20 % ihrer Gesamtzahl ausmacht. Bestimmen Sie, wie viele Nukleotide mit Thymin (T), Guanin (G), Adenin (A) einzeln in einem DNA-Molekül enthalten sind, und erklären Sie das erhaltene Ergebnis.

Teil A – 1 Punkt (maximal 12 Punkte)

Teil B – 2 Punkte (maximal 6 Punkte)

Teil C – 3 Punkte (maximal 3 Punkte)

Gesamt: 21 Punkte

Evaluationskriterien:

19 - 21 Punkte – „5“

13 – 18 Punkte – „4“

9 – 12 Punkte – „3“

1 – 8 Punkte – „2“

Bei biochemischen Stoffumwandlungen werden chemische Bindungen aufgebrochen und dabei Energie freigesetzt. Dabei handelt es sich um freie, potentielle Energie, die von lebenden Organismen nicht direkt genutzt werden kann. Es muss transformiert werden. Es gibt zwei universelle Energieformen, die in einer Zelle für unterschiedliche Arbeiten genutzt werden können:

1) Chemische Energie, die Energie hochenergetischer Bindungen chemischer Verbindungen. Chemische Bindungen werden als hochenergetisch bezeichnet, wenn bei ihrem Bruch eine große Menge freier Energie freigesetzt wird. Verbindungen mit solchen Bindungen sind makroerg. Das ATP-Molekül verfügt über hochenergetische Bindungen. Es verfügt über bestimmte Eigenschaften, die seine wichtige Rolle im Energiestoffwechsel der Zellen bestimmen:

· Thermodynamische Instabilität;

· Hohe chemische Stabilität. Sorgt für eine effektive Energieeinsparung, da die Energieabgabe in Form von Wärme verhindert wird;

· Die geringe Größe des ATP-Moleküls ermöglicht es ihm, leicht in verschiedene Teile der Zelle zu diffundieren, wo externe Energie benötigt wird, um chemische, osmotische oder chemische Arbeit auszuführen;

· Die Änderung der freien Energie während der ATP-Hydrolyse hat einen Durchschnittswert, der es ihr ermöglicht, Energiefunktionen optimal zu erfüllen, d. h. Energie von hochenergetischen auf niederenergetische Verbindungen zu übertragen.

ATP ist ein universeller Energiespeicher für alle lebenden Organismen; Energie wird für sehr kurze Zeit in ATP-Molekülen gespeichert (die Lebensdauer von ATP beträgt 1/3 Sekunde). Es wird sofort für die Energiebereitstellung aller aktuell ablaufenden Prozesse aufgewendet. Die im ATP-Molekül enthaltene Energie kann bei Reaktionen im Zytoplasma (bei den meisten Biosynthesen sowie bei einigen membranabhängigen Prozessen) genutzt werden.

2) Elektrochemische Energie (Energie des Transmembranpotentials von Wasserstoff)Δ. Wenn Elektronen entlang der Redoxkette übertragen werden, kommt es in lokalisierten Membranen eines bestimmten Typs, der als energiebildend oder konjugierend bezeichnet wird, zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Protonen im Raum auf beiden Seiten der Membran, d. h. zu einem quer ausgerichteten oder transmembranen Wasserstoffgradienten Auf der Membran erscheint Δ, gemessen in Volt. Das resultierende Δ führt zur Synthese von ATP-Molekülen. Energie in Form von Δ kann in verschiedenen energieabhängigen Prozessen verwendet werden, die auf der Membran lokalisiert sind:

· Zur Absorption von DNA während des Prozesses der genetischen Transformation;

· Um Proteine ​​durch die Membran zu transportieren;

· Um die Bewegung vieler Prokaryoten sicherzustellen;

· Um den aktiven Transport von Molekülen und Ionen durch die Zytoplasmamembran sicherzustellen.

Nicht die gesamte freie Energie, die bei der Oxidation von Stoffen gewonnen wird, wird in eine für die Zelle zugängliche Form umgewandelt und in ATP akkumuliert. Ein Teil der entstehenden freien Energie wird in Form von thermischer, seltener Licht- und elektrischer Energie abgegeben. Wenn eine Zelle mehr Energie speichert, als sie für alle energieverbrauchenden Prozesse aufwenden kann, synthetisiert sie eine große Menge hochmolekularer Reservestoffe (Lipide). Bei Bedarf durchlaufen diese Stoffe biochemische Umwandlungen und versorgen die Zelle mit Energie.